中性子可視化手法を用いた発電時固体高分子形燃料電池MEA厚さ方向の液水分布解析－ガス拡散層の液水分布特性に着目

摘要

固体高分子型燃料電池（PEFC）において，ガス拡散層（以下GDL）は反応ガスをガスチャンネルから触媒層へ輸送する役割に加え，電気化学反応により触媒層で生成された水分をガスチャンネルに排出する役割を有する．触媒層で生成された水分がGDLで凝縮して液水となり，反応ガスの拡散特性およびセル性能に大きな影響を及ぼす．例えば，高湿·高電流密度運転条件下で凝縮した液水が酸素拡散を阻害して，セル電圧を低下させるフラディング現象などが挙げられる．この現象はGDLが有する液水分布特性と密接な関係があると推察される．前報で著者らは，ガルバニ電池式酸素濃度センサーを用いて，含水したペーパ及びクロスタイプ2種類のGDLについて，試料端面から蒸発させた場合のGDL単品の液水分布特性と酸素拡散特性の関係を報告した．本報では，カソード側に異なる仕様のGDLを組み込hだ3種類のMEAについて，セル発電性能評価と同時に中性子可視化手法を用いて，MEA面内に加え厚さ方向のセル内液水分布を解析した．各種MEAの液水分布特性及びその液水分布特性がセル発電性能に及ぼす影響について考察した．